石墨烯改性超高分子量聚乙烯及其制备方法
技术领域
本发明涉及碳纳米复合材料技术领域，具体而言，本发明涉及石墨烯改性超高分子量聚乙烯及其制备方法。
背景技术
超高分子量聚乙烯(简称UHMWPE)是一种分子量大于150万的无支链线性聚乙烯，具有优异的综合性能热塑性工程塑料。超高分子量聚乙烯具有硬度低、弹性模量小、极高耐摩擦性、耐腐蚀性和良好自润滑性等优异性能，在高性能纤维、轻质复合材料、航空航天、防御装备等方面具有极大的优势和重要作用。但由于其具有较长的分子链结构，熔融分子链之间容易发生缠结，熔体粘度高对热剪切不敏感，容易造成熔体破裂、不耐高温、导热性能较差，容易磨擦生热对材料力学性能产生影响、流动性差、加工困难等劣势。为满足超高分子量聚乙烯在其他领域的应用，需要对其进行改性。
专利CN103450537A提供一种超高分子量聚乙烯/石墨烯抗静电复合材料的制备方法，将超高分子量聚乙烯与石墨烯粉末高速搅拌混合，将混合颗粒再180～240℃下预热5～10分钟后在10MPa压力下热压30分钟，制得超高分子量聚乙烯/石墨烯材料，但专利中未对石墨烯进行改性，产品易发生团聚，稳定性差。专利CN108315833A提供一种石墨烯超高分子量聚乙烯复合纤维的制备方法，将树脂与填料分散在溶剂中制得分散液，再对石墨烯粉料进行乳化处理得到石墨烯分散液，将两种分散液混合均匀进行纺丝等工艺制得复合纤维，获得具有较高强力的功能型复合超高分子量聚乙烯，但操作步骤工艺复杂，再多种工序中涉及到试剂使用，不利于环保节能的发展，耐热性能提高不显著。
石墨烯是一种二维晶体，由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料，是强度最高的材料之一，具有优异的光学、电学、力学、热传导等特性，在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景。但石墨烯表面能较高，团聚现象比较明显，在聚合物加工中出现团聚，应力集中等缺陷。需要改进纳米填料的分散技术、处理方法和加工工艺，拓展石墨烯等导热填料在导热材料开发及加工中应用。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出石墨烯改性超高分子量聚乙烯复合材料及其制备方法。该复合材料通过采用石墨烯等填料对超高分子量聚乙烯进行改性，可以显著提高复合材料的热传导能力、耐高温性能和耐磨损性能，且复合材料制备方法简单、可实现连续生产。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种石墨烯改性超高分子量聚乙烯复合材料。根据本发明的实施例，该石墨烯改性超高分子量复合材料包括：40～80份的超高分子量聚乙烯、1～30份的石墨烯、1～20份的第二填料、10～20份的流动改性剂、0.1～1份的表面改性剂、1～5份的成核剂、0.1～1份的抗氧剂。
发明人在研究中发现，超高分子量聚乙烯导热系数较低，容易摩擦生热，导致材料温度升高发生内部结构的蠕变和力学强度疲劳，影响材料的力学性能；另一方面，石墨烯作具有优良的自润滑、导热和力学性能，但石墨烯与超高分子量聚乙烯基体之间的界面相容性和结合强度较差，单独的石墨烯添加对超高分子量聚乙烯基体材料的导热、力学性能和耐磨损性能提高不显著。本发明提供的石墨烯改性超高分子量聚乙烯复合材料通过采用纳米级填料(石墨烯、第二填料)进行改性，可以显著提高超高分子量聚乙烯的热传导能力和耐高温性能，石墨烯等纳米填料同时也具有润滑效果，可提高超高分子量聚乙烯的流动性。由此，本发明提供的石墨烯改性超高分子量聚乙烯复合材料具有优秀的热传导能力、耐高温性能和耐磨损性能，且其中填料分散均匀、颗粒大小均匀，具有良好的加工性能，可进一步经模压、注塑等工艺制备所需样品，避免溶剂法等制备工艺产生的环保和经济问题，避免多次加工造成的性能下降问题。该石墨烯改性超高分子量聚乙烯复合材料在国防军需领域(如用于导弹罩、雷达防护外壳)、航空工程领域(如用于机翼、翼尖、飞船结构件)具有广阔的应用前景。
另外，根据本发明上述实施例的石墨烯改性超高分子量聚乙烯复合材料还可以具有如下附加的技术特征：
在本发明的一些实施例中，所述超高分子量聚乙烯的分子量为300万～600万。
在本发明的一些实施例中，所述石墨烯的最大径向尺寸为5～25μm，厚度为5～20nm。
在本发明的一些实施例中，所述第二填料选自碳化硅、碳纤维、玻璃空心微球、玻璃纤维、氧化镁、碳纳米管、超细石墨、膨胀石墨、鳞片石墨中的至少之一。
在本发明的一些实施例中，所述流动改性剂选自线性低密度聚乙烯、低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、聚乙烯蜡、白油、硬脂酸盐、氧化聚乙烯、石蜡油、聚乙二醇中的至少之一。
在本发明的一些实施例中，所述表面改性剂选自硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、十二烷基硫酸单乙醇胺、十八烷基胺、异氰酸酯中的至少之一。
在本发明的一些实施例中，所述成核剂选自滑石粉、硅石灰、苯甲酸、苯甲酸盐、己二酸盐、硬脂酸盐、有机膦酸盐中的至少之一。
在本发明的一些实施例中，所述抗氧剂选自亚磷酸酯类抗氧剂、酚类抗氧剂、维生素E抗氧剂中的至少之一。
在本发明的另一方面，本发明提出了一种制备上述实施例的石墨烯改性超高分子量聚乙烯复合材料的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：(1)按照预定比例，将石墨烯、第二填料、流动改性剂、表面改性剂、抗氧剂供给至混合设备进行混合处理，得到预分散混合填料；(2)将所述预分散混合填料供给至第一熔融共混设备中进行第一熔融共混，得到第一熔融共混物料；将所述第一熔融共混物料供给至剪切设备中进行剪切处理，得到混合填料颗粒；(3)按照预定比例，将所述混合填料颗粒与超高分子量聚乙烯、成核剂供给至第二熔融共混设备中进行第二熔融共混，得到石墨烯改性超高分子量聚乙烯复合材料。
根据本发明上述实施例的制备石墨烯改性超高分子量聚乙烯复合材料的方法，首先将石墨烯等填料进行初步混合，得到分散均匀的石墨烯填料共混物，然后将石墨烯填料共混物通过熔融共混工艺和剪切造粒工艺制成石墨烯填料共混物颗粒，再将石墨烯填料共混物颗粒与超高分子量聚乙烯和成核剂进行熔融共混，从而可以提高石墨烯与超高分子量聚乙烯的界面相容性，获得高性能的石墨烯改性超高分子量聚乙烯复合材料。此外，发明人在研究中发现，如果直接将超高分子量聚乙烯、成核剂与石墨烯、第二填料、流动改性剂、表面改性剂、抗氧剂进行熔融共混，会导致石墨烯在聚合物基体中分散不均匀，多处出现应力集中点且超高分子量聚乙烯与石墨烯界面作用较弱，导热效果不佳。
另外，根据本发明上述实施例的制备石墨烯改性超高分子量聚乙烯复合材料的方法还可以具有如下附加的技术特征：
在本发明的一些实施例中，所述混合设备为高速混合机、V型混合机、立式混料机、卧式混料机、倒锥形混合机或球磨机。
在本发明的一些实施例中，所述混合处理中采用的转速为200～2000rpm。
在本发明的一些实施例中，所述混合处理进行的时间为5～30min。
在本发明的一些实施例中，所述第一熔融共混设备为密炼机。
在本发明的一些实施例中，所述第一熔融共混在160～170℃下进行20～40min完成。
在本发明的一些实施例中，所述剪切设备为单螺杆挤出机、双螺杆挤出机或往复式双螺杆挤出机。
在本发明的一些实施例中，所述剪切处理在170～190℃下进行10～30min完成。
在本发明的一些实施例中，所述第二熔融共混设备为单螺杆挤出机、柱塞式挤出机或同向旋转双螺杆挤出机。
在本发明的一些实施例中，所述第二熔融共混在180～220℃下进行15～40min完成。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种石墨烯改性超高分子量聚乙烯复合材料。根据本发明的实施例，该石墨烯改性超高分子量复合材料包括：40～80份的超高分子量聚乙烯、1～30份的石墨烯、1～20份的第二填料、10～20份的流动改性剂、0.1～1份的表面改性剂、1～5份的成核剂、0.1～1份的抗氧剂。
具体的，在本发明提供的石墨烯改性超高分子量聚乙烯复合材料中，超高分子量聚乙烯的具体份数可以为40、45、50、60、65、70、75、80等，石墨烯的具体份数可以为1、5、10、15、20、25、30等，第二填料的具体份数可以为1、5、10、15、20等，流动改性剂的具体份数可以为10、12、15、18、20等，表面改性剂的具体份数可以为0.1、0.3、0.5、0.8、1等，成核剂的具体份数可以为1、1.5、2、2.5、3、4、5等，抗氧剂的具体份数可以为0.1、0.3、0.5、0.8、1等。另外，如没有特别说明，上述份数指质量份。
下面进一步对根据本发明实施例的石墨烯改性超高分子量聚乙烯复合材料进行详细描述。
根据本发明的一些实施例，上述超高分子量聚乙烯的分子量可以为300万～600万，例如300万、400万、500万、600万等。由此，可以进一步提高产品的综合性能。
根据本发明的一些实施例，上述石墨烯的最大径向尺寸可以为5～25μm，厚度可以为5～20nm。具体的，石墨烯的最大径向尺寸可以为5μm、10μm、15μm、20μm、25μm等，厚度可以为5nm、10nm、15nm、20nm等。发明人在研究中发现，大尺寸的石墨烯在少量添加的情况下就可以达到导热阈值，小尺寸的石墨烯则需要在添加量较大的情况下才能达到导热阈值，随着添加量的增大，石墨烯易发生团聚，产生应力集中、导热性能下降。另一方面，石墨烯厚度越小，比表面积越大，但厚度过小的石墨烯体系粘度大，无法制备高添加量的石墨烯改性复合材料，进而无法达到导热阈值。石墨烯的厚度过大，则会影响其本身的导热性能，作为填料添加到聚合物中会降低复合材料的导热性能。通过采用上述径向尺寸和厚度的石墨烯，可以进一步提高复合材料的导热性能。
在本发明提供的石墨烯改性超高分子量聚乙烯复合材料中，第二填料可以用于提高石墨烯改性超高分子量聚乙烯复合材料的力学强度，并与石墨烯发生杂化，进一步提高复合材料的导热性能。根据本发明的一些实施例，所述第二填料可以选自碳化硅、碳纤维、玻璃空心微球、玻璃纤维、氧化镁、碳纳米管、超细石墨、膨胀石墨、鳞片石墨中的至少之一。第二填料的用量过少，对超高分子量聚乙烯的力学性能、耐磨损性能和导热性能的提升不明显；第二填料的用量过高，容易形成应力集中点，导致其只能对聚合物起到填充的作用，而无法与石墨烯填料协同作用以提高复合物的导热性能。
在本发明提供的石墨烯改性超高分子量聚乙烯复合材料中，流动改性剂(也可称为润滑剂、流变助剂)可用于通过改善分子链之间的润滑性，来提高超高分子量聚乙烯的流动性和加工性能。根据本发明的一些实施例，上述流动改性剂可以选自线性低密度聚乙烯(LLDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)、高密度聚乙烯(HDPE)、聚乙烯蜡、白油、硬脂酸盐、氧化聚乙烯、石蜡油、聚乙二醇中的至少之一。
在本发明提供的石墨烯改性超高分子量聚乙烯复合材料中，表面改性剂可用于改善石墨烯与超高分子量聚乙烯之间的界面作用力、以及流动改性剂与超高分子量聚乙烯之间的界面作用力，提高石墨烯与超高分子量聚乙烯之间的相容性。根据本发明的一些实施例，上述表面改性剂可以选自硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂、十二烷基硫酸单乙醇胺、十八烷基胺、异氰酸酯中的至少之一。
在本发明提供的石墨烯改性超高分子量聚乙烯复合材料中，成核剂可用于改善石墨烯改性超高分子量聚乙烯复合材料的力学性能，对于未加成核剂的石墨烯改性超高分子量聚乙烯复合材料，冷却过程中会形成较大的球晶，球晶之间存在着明显的由分子链排布造成的内应力界面，在受到外力时球晶界面容易破碎，产生裂纹，导致复合材料的力学性能下降。根据本发明的一些实施例，上述成核剂可以选自滑石粉、硅石灰、苯甲酸、苯甲酸盐、己二酸盐、硬脂酸盐、有机膦酸盐中的至少之一。
在本发明提供的石墨烯改性超高分子量聚乙烯复合材料中，抗氧剂可通过捕捉聚合物中老化产生的含氧自由基和碳自由基，从而缓热或终止氧老化的化合物产生，在聚合物中加入少量的抗氧剂，可延缓或抑制聚合物的氧化过程，从而阻止聚合物的老化并延长其使用寿命。抗氧剂在添加量过多时会缓慢迁移到材料表面，形成白色粉末产生“喷雾”现象，影响材料的使用。根据本发明的一些实施例，上述抗氧剂可以选自亚磷酸酯类抗氧剂、酚类抗氧剂、维生素E抗氧剂中的至少之一。
在本发明的另一方面，本发明提出了一种制备上述实施例的石墨烯改性超高分子量聚乙烯复合材料的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：(1)按照预定比例，将石墨烯、第二填料、流动改性剂、表面改性剂、抗氧剂供给至混合设备进行混合处理，得到预分散混合填料；(2)将预分散混合填料供给至第一熔融共混设备中进行第一熔融共混，得到第一熔融共混物料；将第一熔融共混物料供给至剪切设备中进行剪切处理，得到混合填料颗粒；(3)按照预定比例，将混合填料颗粒与超高分子量聚乙烯、成核剂供给至第二熔融共混设备中进行第二熔融共混，得到石墨烯改性超高分子量聚乙烯复合材料。
下面进一步对根据本发明实施例的制备石墨烯改性超高分子量聚乙烯复合材料的方法进行详细描述。
根据本发明的一些实施例，上述混合设备可以为高速混合机、V型混合机、立式混料机、卧式混料机、倒锥形混合机或球磨机。通过采用上述混合设备，可以在离心、高剪切作用下将石墨烯等填料高均匀混合。
根据本发明的一些实施例，上述混合处理中采用的转速可以为200～2000rpm(例如200rpm、500rpm、800rpm、1200rpm、1500rpm、1800rpm、2000rpm等)，进行的时间可以为5～30min(例如5min、10min、15min、20min、25min、30min等)，混合温度可以为室温。如果混合时间过短，会导致混合不均匀；如果混合时间过长或转速过高，会造成共混体系温度升高，导致添加助剂挥发。
根据本发明的一些实施例，上述第一熔融共混设备可以为密炼机，上述第一熔融共混可以在160～170℃下进行20～40min完成。如果熔融共混时间(密炼时间)过短，共混物中粉料与熔融物共混不充分，时间过长，则物料粘度增大，可能抱死转动轴。
根据本发明的一些实施例，上述剪切设备可以为单螺杆挤出机、双螺杆挤出机或往复式双螺杆挤出机，上述剪切处理可以在170～190℃下进行10～30min完成。上述剪切处理时间指物料在剪切设备螺杆中的停留时间，如果处理时间过短或处理温度过低，最终制备得到的复合材料颗粒混合效果差，性能下降；如果处理时间过短或处理温度过高，产品易发生老化，粘度增大，不利于加工。
根据本发明的一些实施例，上述第二熔融共混设备可以为单螺杆挤出机、柱塞式挤出机或同向旋转双螺杆挤出机，上述第二熔融共混可以在180～220℃下进行15～40min完成。上第二熔融共混时间指物料在第二熔融共混设备螺杆中停留的时间，如果熔融共混时间过短，物料混合不均匀；如果熔融共混时间过长，会造成物料粘度增大，甚至发生老化。如果熔融共混温度过低，共混物不能完全熔融，共混分散效果差，挤出切粒困难；如果熔融共混温度过高，会导致共混物粘度增大、加工困难，填料共混物体系分散不均匀，严重时熔融共混设备电流过载造成短路。
根据本发明的一些实施例，物料可通过锥双喂料机给入第二熔融共混设备。
下面参考具体实施例，对本发明进行描述，需要说明的是，这些实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本发明。
实施例1
一种根据本发明石墨烯改性超高分子量聚乙烯导热、耐磨损复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S11：将3份石墨烯、5份氧化镁、15份低密度聚乙烯(LDPE)、1份聚乙烯蜡、0.3份十二基硫酸单乙醇胺、0.5份亚磷酸酯类抗氧剂加入高速混合机中，在室温下混合20min，转速1000rpm，获得高均匀分散的混合填料。
S12：将S11得到的高均匀分散的混合填料加入到温度170℃的翻转式密炼机中剪切密炼30min，获得团状混合物，将团状混合物加到温度为180～190℃的单螺杆挤出机中挤出切粒。
S13：将S12得到的混合填料颗粒与3份的己二酸盐成核剂、72.2份超高分子量聚乙烯通过锥双喂料机给入单螺杆挤出机挤出造粒，其中单螺杆挤出机温度为190～200℃，物料在螺杆中停留时间30min，获得石墨烯改性超高分子量聚乙烯颗粒。
实施例2
一种根据本发明石墨烯改性超高分子量聚乙烯导热、耐磨损复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S21：将15份石墨烯、5份碳纤维、10份低密度聚乙烯(LDPE)、1份聚乙烯蜡、0.3份十二基硫酸单乙醇胺、0.5份亚磷酸酯类抗氧剂加入V型混合机中，在室温下混合20min，转速1500rpm，获得高均匀分散的混合填料。
S22：将S21得到的高均匀分散的混合填料加入到温度160℃的翻转式密炼机中剪切密炼30min，获得团状混合物，将团状混合物加到温度为170～180℃的单螺杆挤出机中挤出切粒。
S23：将S22得到的混合填料颗粒与2份的滑石粉成核剂、66.4份超高分子量聚乙烯通过锥双喂料机给入单螺杆挤出机挤出造粒，其中单螺杆挤出机温度为190～200℃，物料在螺杆中停留时间25min，获得石墨烯改性超高分子量聚乙烯颗粒。
实施例3
一种根据本发明石墨烯改性超高分子量聚乙烯导热、耐磨损复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S31：将10份石墨烯、3份玻璃纤维、2份玻璃微珠、15份高密度聚乙烯(HDPE)、0.5份聚石蜡油、0.2份钛酸酯偶联剂、0.3份亚磷酸酯类抗氧剂、0.3份酚类抗氧剂加入高速混合机中，在室温下混合20min，转速500rpm，获得高均匀分散的混合填料。
S32：将S31得到的高均匀分散的混合填料加入到温度170℃的密炼机中剪切密炼30min，获得团状混合物，将团状混合物加到温度为180～190℃的双螺杆挤出机中挤出切粒。
S33：将S32得到的混合填料颗粒与1.5份的苯甲酸成核剂、67.2份超高分子量聚乙烯通过锥双喂料机给入柱塞式挤出机挤出造粒，其中柱塞式挤出机温度为190～210℃，物料在挤出机中停留时间20min，获得石墨烯改性超高分子量聚乙烯颗粒。
实施例4
一种根据本发明石墨烯改性超高分子量聚乙烯导热、耐磨损复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S41：将8份石墨烯、8份碳化硅、10份线性低密度聚乙烯(LLDPE)、2份白油、1份聚乙烯蜡、0.2份硅烷偶联剂、0.4份维生素E抗氧剂加入球磨机中，在室温下混合30min，转速1500rpm，获得高均匀分散的混合填料。
S42：将S41得到的高均匀分散的混合填料加入到温度160℃的密炼机中剪切密炼30min，获得团状混合物，将团状混合物加到温度为170～180℃的单螺杆挤出机中挤出切粒。
S43：将S42得到的混合填料颗粒与4份的硬脂酸钠成核剂、67.4份超高分子量聚乙烯通过锥双喂料机给入复式双螺杆挤出机挤出造粒，其中复式双螺杆挤出机温度为200～210℃，物料在挤出机中停留时间25min，获得石墨烯改性超高分子量聚乙烯颗粒。
实施例5
一种根据本发明石墨烯改性超高分子量聚乙烯导热、耐磨损复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S51：将12份石墨烯、2份碳纳米管、9份低密度聚乙烯(LDPE)、2份硬脂酸盐、0.3份亚磷酸酯类抗氧剂、0.2份酚类抗氧剂加入立式混料机中，在室温下混合40min，转速800rpm，获得高均匀分散的混合填料。
S52：将S51得到的高均匀分散的混合填料加入到温度160℃的密炼机中剪切密炼30min，获得团状混合物，将团状混合物加到温度为170～180℃的双螺杆挤出机中挤出切粒。
S53：将S52得到的混合填料颗粒与1.5份的滑石粉成核剂、71.7份超高分子量聚乙烯通过锥双喂料机给入单螺杆挤出机挤出造粒，其中单螺杆挤出机温度为170～180℃，物料在挤出机中停留时间20min，获得石墨烯改性超高分子量聚乙烯颗粒。
实施例6
一种根据本发明石墨烯改性超高分子量聚乙烯导热、耐磨损复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S61：将1份石墨烯、3份超细石墨、2份碳纤维、10份高密度聚乙烯(HDPE)、1份氧化聚乙烯、0.4份硅烷偶联剂、0.6份亚磷酸酯类抗氧剂加入高速混合机中，在室温下混合30min，转速1500rpm，获得高均匀分散的混合填料。
S62：将S61得到的高均匀分散的混合填料加入到温度170℃的密炼机中剪切密炼25min，获得团状混合物，将团状混合物加到温度为170～180℃的双螺杆挤出机中挤出切粒。
S63：将S62得到的混合填料颗粒与2份的有机膦酸盐成核剂、80份超高分子量聚乙烯通过锥双喂料机给入双螺杆挤出机挤出造粒，其中双螺杆挤出机温度为200～210℃，物料在挤出机中停留时间25min，获得石墨烯改性超高分子量聚乙烯颗粒。
实施例7
一种根据本发明石墨烯改性超高分子量聚乙烯导热、耐磨损复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S71：将30份石墨烯、15份玻璃空心微球、9份低密度聚乙烯(LDPE)、2份聚乙烯蜡、0.2份硅烷偶联剂、0.3份亚磷酸酯类抗氧剂加入高速混合机中，在室温下混合25min，转速1500rpm，获得高均匀分散的混合填料。
S72：将S71得到的高均匀分散的混合填料加入到温度160℃的密炼机中剪切密炼25min，获得团状混合物，将团状混合物加到温度为170～190℃的双螺杆挤出机中挤出切粒。
S73：将S72得到的混合填料颗粒与3.5份的硅石灰成核剂、40份超高分子量聚乙烯通过锥双喂料机给入双螺杆挤出机挤出造粒，其中双螺杆挤出机温度为200～210℃，物料在挤出机中停留时间35min，获得石墨烯改性超高分子量聚乙烯颗粒。
对比例1
对比内容：改变制备工艺，去掉原料预混步骤。
D11：将15份石墨烯、5份碳纤维、10份低密度聚乙烯(LDPE)、1份聚乙烯蜡、0.3份十二基硫酸单乙醇胺、0.5份亚磷酸酯类抗氧剂加入到温度160℃的翻转式密炼机中剪切密炼30min，获得团状混合物，将团状混合物加到温度为170～180℃的单螺杆挤出机中挤出切粒。
D12：将D11得到的混合填料颗粒与2份的滑石粉成核剂、66.4份超高分子量聚乙烯通过锥双喂料机给入单螺杆挤出机挤出造粒，其中单螺杆挤出机温度为190～200℃，物料在螺杆中停留时间25min，获得石墨烯改性超高分子量聚乙烯颗粒。
对比例2
对比内容：改变制备工艺，去掉第一熔融共混和剪切处理步骤。
D21：将15份石墨烯、5份碳纤维、10份低密度聚乙烯(LDPE)、1份聚乙烯蜡、0.3份十二基硫酸单乙醇胺、0.5份亚磷酸酯类抗氧剂加入V型混合机中，在室温下混合20min，转速1500rpm，获得高均匀分散的混合填料。
D22：将D11得到的高均匀分散混合填料颗粒与2份的滑石粉成核剂、66.4份超高分子量聚乙烯通过锥双喂料机给入单螺杆挤出机挤出造粒，其中单螺杆挤出机温度为190～200℃，物料在螺杆中停留时间25min，获得石墨烯改性超高分子量聚乙烯颗粒。
对比例3
对比内容：不使用成核剂。
D31：将15份石墨烯、5份碳纤维、10份低密度聚乙烯(LDPE)、1份聚乙烯蜡、0.3份十二基硫酸单乙醇胺、0.5份亚磷酸酯类抗氧剂加入V型混合机中，在室温下混合20min，转速1500rpm，获得高均匀分散的混合填料。
D32：将D31得到的高均匀分散的混合填料加入到温度160℃的翻转式密炼机中剪切密炼30min，获得团状混合物，将团状混合物加到温度为170～180℃的单螺杆挤出机中挤出切粒。
D33：将D32得到的混合填料颗粒与66.4份超高分子量聚乙烯通过锥双喂料机给入单螺杆挤出机挤出造粒，其中单螺杆挤出机温度为190～200℃，物料在螺杆中停留时间25min，获得石墨烯改性超高分子量聚乙烯颗粒。
对比例4
对比内容：不使用石墨烯，只使用第二填料。
D41：将20份碳纤维、10份低密度聚乙烯(LDPE)、1份聚乙烯蜡、0.3份十二基硫酸单乙醇胺、0.5份亚磷酸酯类抗氧剂加入V型混合机中，在室温下混合20min，转速1500rpm，获得高均匀分散的混合填料。
D42：将D41得到的高均匀分散的混合填料加入到温度160℃的翻转式密炼机中剪切密炼30min，获得团状混合物，将团状混合物加到温度为170～180℃的单螺杆挤出机中挤出切粒。
D43：将D42得到的混合填料颗粒与2份的滑石粉成核剂、66.4份超高分子量聚乙烯通过锥双喂料机给入单螺杆挤出机挤出造粒，其中单螺杆挤出机温度为190～200℃，物料在螺杆中停留时间25min，获得石墨烯改性超高分子量聚乙烯颗粒。
测试例
实施例1～7、对比例1～4的复合材料中各组分的质量比如表1所示。
表1.石墨烯改性超高分子量聚乙烯复合材料中各组分的质量比
将挤出造粒的最终石墨烯改性超高分子量聚乙烯颗粒在80℃下干燥2～4h，按照GB/T2918-1998塑料试样状态调节和试验的标准环境对试样调节后进行如下测试：
(1)导热系数：将注塑得尺寸为10cm*10cm*6mm石墨烯改性超高分子量聚乙烯板材试样，按照GB/T 10297-2015中热线法进行测定；
(2)邵氏硬度：按照GB/T2411-2008塑料和硬橡胶使用硬度计测定压痕硬度(邵氏硬度)进行测定；
(3)力学性能：按照GB/T 1040.1-2018塑料拉伸性能的测定第1部分：总则进行测定；
(4)耐高温性能：按照GB/T1633-2000热塑性塑料维卡软化温度(VST)的测定进行测试；
(5)耐磨损性能：按照GB/T 3960-2016塑料滑动摩擦磨损试验方法进行测试。
测试结果如表2所示：
表2.石墨烯改性超高分子量聚乙烯复合材料各项性能测试结果
测试结果表明，根据本发明实施例的石墨烯改性超高分子量聚乙烯复合材料在热传导能力、耐高温性能、耐耐磨损性能方面具有优秀的表现。相对于实施例2，对比例1去掉了原料预混步骤，对比例2去掉第一熔融共混和剪切处理步骤，所得复合材料的导热系数下降，且动摩擦系数升高；对比例3不使用成核剂，产品力学性能下降；对比例4不使用石墨烯，产品导热系数明显下降，第二填料在导热性能方面并不能发挥与石墨烯相近的效果，且第二填料与石墨烯可以通过协同作用，进一步提高复合材料的导热性能。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
